内蒙古典型草原优势种针茅自交繁殖能力研究

内蒙古典型草原优势种针茅自交繁殖能力研究

虽然传粉酶的研究已有百年历史，但它是现代生活生物和进化生物学的中心领域。自花授粉植物在繁殖过程不依赖种群内的其他个体,可避免种内传粉竞争针茅属植物是欧亚草原的建群和优势种,适应多种生境,并随温度与降水的差异形成了一系列的替代分布,是现代草原的竞争优胜者,具有丰富的种内与种间遗传多样性.针茅属植物如此适应环境,是自花授粉还是异花传粉,亦或二者兼有,目前尚无准确的实验研究.宛涛等1材料和方法1.1气候条件.大针茅实验样地位于锡林郭勒盟毛登牧场内蒙古大学草地生态学研究基地的大针茅样地,地理坐标为116°23′11.60″E,44°14′52.88″N,海拔1200m.植被为大针茅(Stipagrandis)+羊草(Leymuschinensis)典型草原群落,伴生冰草(Agropyroncristatum)、多根葱(Alliumpolyrhizum)、双齿葱(Alliumbidentatum)、冷蒿(Artemisiafrigida)等植物.该地区的气候属温带大陆性气候,年降雨量200~400mm;年平均气温0.9℃.土壤典型栗钙土.克氏针茅实验样地位于锡林郭勒盟毛登牧场内蒙古大学草地生态学研究基地的实验样地,地理坐标为116°28′58.79″E,44°09′40.81″N,海拔990m.样地植被组成主要为克氏针茅(Stipakrylovii)+羊草(Leymuschinensis)典型草原群落,伴生大针茅(Stipagrandis)、糙隐子草(Cleistogenessquarrosa)、银灰旋花(Convolvulusammannii)、乳白花黄芪(Astragalusgalactites)、达乌里芯芭(Cymbariadahurica)等植物.气候与土壤特征同上.贝加尔针茅实验样地位于中国农业科学院呼伦贝尔草原生态系统国家野外科学观测研究站的贝加尔针茅实验样地,地理坐标为49°21′N,120°7′E,海拔684m.植被为羊草(Leymuschinensis)+贝加尔针茅(Stipabaicalensis)草甸草原群落,主要伴生脚苔草(Carexpediformis)、裂叶蒿(Artemisiatanacetifolia)、西伯利亚羽茅(Achnatherumsibiricum)等植物.该地区的气候也属温带大陆性气候,平均年降水量为300~400mm,年平均气温-0.3℃.土壤为暗栗钙土.1.2材料和方法1.2.1生殖枝套袋处理2012年7月,分别在上述3个样地随机选取100株健康无病害针茅植株,用密封性较好的硫酸纸纸袋将整个生殖枝套住,避免其他植株花粉落入,2012年8月在果实成熟后将其分别剪下放入信封袋.同时在套袋实验植株附近随机选取115株健康针茅并将生殖枝剪下,分别装入信封袋,作为对照处理.1.2.2茅套袋处理与对照的饱和籽粒将每个生殖枝上的所有籽粒取下,统计每个生殖枝籽粒的总数、饱满籽粒数,并将三种针茅套袋处理与对照的饱满籽粒按四分法将每种处理的籽粒数出1000粒,重复6次,用万分之一天平称量.稃体被胚及胚乳完全填充,且较为坚硬,外稃色泽明亮视作饱满籽粒;稃体不能被胚及胚乳完全填充,外稃色泽发暗者视作不饱满籽粒;外稃内无任何物质为空籽粒.1.2.3种子萌发率的测定2013年11月,将三种针茅套袋处理与对照处理中的饱满籽粒随机取出100粒,分别置于干净且高温消毒的培养皿中,3个重复.培养皿皿底以洁净的双层滤纸为发芽床,用去离子水将发芽床润湿.将培养皿置于25℃恒温光照培养箱内培养,每四天更换一次滤纸,并保持培养皿的湿润,每天观察发芽的籽粒数,以种子露白为发芽标志将发芽的籽粒按处理放入有发芽床的新培养皿中,用去离子水保持湿润,置于同样条件下光照培养,培养时间为20天.后将长势一致的幼苗用万分之一天平称重,记录.1.2.4发芽势、发芽势统计方法如下发芽率(前21d)=该处理中发芽的籽粒数/100×100%;发芽指数GI(前21d)=∑(Gt/Dt)(其中Gt是t天内发芽种子数,Dt对应的发芽天数);发芽势(前5d的发芽率)=5天内的发芽总数/100×100%;活力指数VI(前21d)=GI×(平均)幼苗鲜重.统计分析采用SPSS13.0,进行独立样本T检验,计算饱满籽粒P值.P<0.05认为差异显著.MicrosoftOfficeExcel2007计算结实数量的所有指标的平均值.2结果与分析2.1保鲜剂用量及平均饱和籽粒数本试验将针茅的饱满籽粒记为有效结实,是表现自交能力的重要指标.克氏针茅和贝加尔针茅每个植株平均小花数相当;而大针茅套袋处理的值是对照的1.5倍(表1).在每个植株平均饱满籽粒数及其占其小花数的百分率、饱满籽粒总数占总小花数的百分率中大针茅、克氏针茅套袋处理均高于对照;而贝加尔针茅则相反(表1).其中每个植株饱满籽粒数占其小花数比率的平均值,大针茅、克氏针茅套袋处理与对照差异均极显著(P<0.01,表2);而贝加尔针茅两种处理之间差异显著(P<0.05,表2).三种针茅套袋和对照处理的每个植株均有饱满籽粒(其中贝加尔针茅套袋处理为85.6%).2.2种针茅套袋、对照的萌发率在千粒重及发芽指标中,大针茅、克氏针茅套袋处理均大于对照处理(除克氏针茅幼苗鲜重外),其中大针茅两种处理的萌发率都接近50%,高于克氏针茅和贝加尔针茅的萌发率.贝加尔针茅套袋与对照处理的结果没有均一的趋势,即千粒重、萌发率,套袋处理小于对照处理;而在发芽势、发芽指数、幼苗鲜重、活力指数中套袋处理均大于对照处理(表3).表明三种针茅套袋与对照处理的饱满籽粒都能萌发;整体水平上,大针茅和克氏针茅的套袋处理要优于对照处理,贝加尔针茅套袋与对照一些指标各有优势.3自花授粉能力上述研究结果表明,内蒙古典型草原优势种大针茅、克氏针茅与草甸草原优势种贝加尔针茅在套袋后均能够结实,表现为自交亲和,并有较高的自交能力.大针茅和克氏针茅自交有效结实率显著高于自然生长植株,贝加尔针茅的自交有效结实率略低于自然生长的植株.本实验的结果说明内蒙古典型草原与草甸草原3个优势针茅种群均有较强的自花受粉能力,推测应该为闭